航天器发射技术：垂直整体运输方案

垂直整体运输发射方案是指运载火箭和卫星（或飞船）在技术区垂直总装厂房内进行垂直组装、垂直测试，射前垂直整体运往发射区加注发射。采用这种发射方案的主要目的旨在提高发射可靠性，也就是通过建立一个独立于发射区之外的技术准备区，使航天器和运载火箭在一个十分好的环境条件下进行各项综合技术准备和等待发射时机，把过去在发射区做的工作尽量挪到技术区来做，这样就不会因为恶劣的气象条件而延误工作计划或影响星－箭上的元器件质量。只有完全满足发射条件后，倒计时开始前数小时（或数日）才运至发射区加注发射（图5.13）。

图5.13　“神舟”载人飞船垂直整体运输（不带脐带塔）

从技术区至发射区，星（船）－箭组合体的运动是依靠运输工具（活动发射平台）来完成的。由于运输时的速度很低（≤0.8 m／s），轨面十分平坦，运输时作用在组合体上的载荷系数比星、箭允许的轴向和横向过载值小得多，故垂直整体运输过程中，组合体的状态不会发生变化，很多检查不必重复，因此在发射区停留的时间一般很短（8～10 h）。

在垂直整体运输过程中，塔－船－箭（或星－箭）由于组合体长细比较大，质量主要分布在头部和底部，结构频率低（这种结构有时称为低频倒立摆结构），运输时，在浅层风作用下容易产生低频振动，因此，准确预报天气和加强对浅层风的监测对运输安全极为重要。

由于组合体和活动发射平台及支承轨道组成一个多自由度的弹性体系，通常不在活动发射平台上采用隔振装置，而是选择改变它们之间的频率匹配。如增加活动发射平台的质量和刚度，提高活动发射平台的频率，将驱动机构的电动机及其他旋转体转速（频率）设计成可调节的，为了减少有规律冲击，将轨道焊接成无缝长轨等。垂直整体运输的速度一般为1.8～3.2 km／h。运行时，浅层风的风速控制在10 m／s以内，最大不超过15 m／s。

采用垂直整体运输发射方案的除美国的肯尼迪航天中心39号发射场外，还有法国的库鲁圭亚那航天中心第3发射场、日本的种子岛航天中心吉信发射区、中国的文昌发射场和重建后的美国卡纳维拉尔角41号发射场等。垂直整体运输目前有两种状态。一种是带脐带塔运输，有效载荷与运载火箭地面数据传输设备，温、湿度环境控制设备和船（星）箭组合体一同运输（图5.14），在运输过程中，地面设备一直不间断地对星、箭进行监视。由于电、气、液管线在发射区不需要进行二次连接，发射区不需要设置结构复杂的固定脐带塔，且由于星、箭始终处于监视之下，直至发射，从而提高了发射可靠性，简化了发射区操作程序。另一种是不带脐带塔运输，在发射区必须设置有活动工作平合的脐带塔，电、气、液管线需重新连接，改变了原来的状态，增加了出现差错可能性，必须重新组织检测，运载火箭在发射区占位时间较长。

垂直整体运输发射方案主要有以下特点：(www.xing528.com)

（1）航天器和运载火箭的准备工作和对发射时机的等待都是在条件十分好的厂房内进行，运载火箭在发射区停留的时间极短，受不良气候条件影响的概率很小，发射可靠性高。

（2）运载火箭在技术区和发射区的状态完全一致，除绝对必要的检查外，在发射区一般不需要重复检查，缩短了发射区停留时间，有利于提高发射频率。

图5.14　“宇宙神5”运载火箭与脐带塔一起垂直整体运输

（3）发射区的设施得到充分简化，一旦发生事故，发射区破坏损失小、恢复时间短。由于短时间内可以重新组织发射，经济效益显著提高。

（4）在垂直整体运输过程中，塔－船－箭组合体在地面风作用下，容易产生低频振动，因此运输时，需要选择适当的风速，做好天气预报，必要时，可以适当提高运输速度，缩短运输时间。

（5）垂直总装测试厂房和活动发射平台的造价高，建设投资大。

目前，航天发射技术总的发展趋势是朝整体运输、远距离测试发射、高度自动化的方向发展，以此保证航天器发射的高可靠性、高安全性及低成本的要求。